[发明专利]同时相移的斐索干涉仪

说明书

本申请是2005年1月27日提出的申请号为PCT/US2005/002923(国家申请号：200580047333.9)的专利申请的分案申请。原案申请的发明名称为“同时相移的斐索干涉仪”。

相关申请

本发明基于且要求2003年8月28日提交的美国临时专利申请No.60/498,522的优先权。

技术领域

本发明涉及电磁波前的测量。特别地，本发明涉及由斐索干涉仪产生的干涉光束的定量瞬时测量。

背景技术

光束测量和品质鉴定在例如数据存储激光头的许多光学部件的制造中是重要的。因此，已经设计出许多光学干涉测量系统用以提高测量的精确性和可靠性。一般而言，产生测试和参考光束的前端干涉测量装置与后端光学装置相结合，用以解决光束之间的相位差。这可以通过在前端编码(或“标记”)光束来同时实现，诸如通过对于测试和参考光束使用不同的偏振状态，并且在后端在空间上解决它们。可选地，可以在前端及时改变测试和参考表面之间的光路差，例如通过相对于另一个表面扫描一个表面，并且在后端暂时地解决相位差。

现有技术中存在的若干问题中的一个问题是在斐索型干涉仪的测量部分中适当编码参考和测试光束的能力。在美国专利No.4,872,755中，Kuchel等人通过对同时和暂时相位测量采用不同的方法以克服该缺陷。通过在干涉仪的测量部分中引入光延迟装置，并且巧妙地选择光的相干长度、延迟路径的长度、和斐索腔中的间隙的长度，两个相干的测试和参考光束以及两个不相干的光束同时产生。该延迟装置用于改变用于暂时相位测量的相干光束之间的光路差。可选地，测试和参考光束在该装置的测量部分中产生之后可被偏振，并且被引入用于同时相位测量的空间解析接受器。

因此，Kuchel等人的方法需要延迟路径的长度的微调，实施这种微调是困难并且昂贵的。此外，两个不相干光束的存在产生了可能影响测量的明显的背景光。因此，仍然需要基于没有这些缺点的斐索干涉仪的相位测量系统。

Millerd等人的美国专利No.6,304,330描述了一种后端系统，其中由干涉仪产生的测试和参考波前在单个检测器或者多个检测器阵列上同时被校准、分为子波前、相位移动、合并以产生干涉并且沿着共有轴检测。如果希望的话，光束也可以在单个检测器阵列上被按顺序检测。Millerd的光学系统也需要编码后的测试和参考光束。因此，结合前端斐索结构，需要克服由Kuchel等人提出的同样的编码问题。本发明描述了一种新的方法，通过该方法，具有倾斜参考镜的斐索腔的输出与偏振元件相结合，以产生适于如美国专利No.6,304,330中描述的系统中同时进行空间相位测量的相干的测试和参考波前。

发明内容

本发明利用了斐索干涉仪的参考和测试镜之间的倾斜关系，以在空间上分离来自两个表面的反射。如同时相位测量所需的，分离的光束通过向光束提供不同偏振状态的空间偏振元件过滤。该光束随后被重新结合以形成大体共线的光束，该共线的光束利用空间相移干涉仪处理，该空间相移干涉仪允许在单个视频帧中进行定量的相位测量。

可选地，具有正交偏振的两个光束在不同的角度被射入斐索腔，使得它们在从参考和测试镜片反射后大体共线。不想要的反射在焦平面上通过使用圆孔阻断。如Kuchel等人所教导的，可以使用短相干长度的光和延迟线以减轻散射、减少测量积分次数并且进行暂时相位平均。

本发明的各种其他目的和优点从下面的说明书的描述部分以及从所附权利要求中特别指出新颖特征将变得更清楚。因此，为实现如前述的发明目的，本发明由后面的附图中示出的、在优选实施例的详细描述中充分地描述的且在权利要求中特别指出的特征组成。然而，这种附图和说明公开只是可实施本发明的多种方式中的一种。

附图说明

图1A是根据本发明的测量装置的示意图，该测量装置构造成使用测试和参考表面之间的倾斜角产生测试和参考光束之间的空间分离，且包括偏振滤光镜以产生正交地偏振的测试和参考光束。

图1B是具有相邻的正交地偏振的部分的偏振滤光镜的示意图。

图1C是具有包含在另一个正交地偏振的部分的第一偏振部分的偏振滤光镜的示意图。

图1D是偏振滤光镜的示意图，其中双孔罩被添加到图1B中的偏振滤光镜，以阻止由测试和参考平面之间的多重反射引起的额外的光束。

图2是适于与本发明的光学装置结合的常用的空间相移干涉仪模块的示意图。

图3是相移干涉仪模块的示意图，其中正交地偏振的参考和测试光束由透镜聚焦至分光镜上，该分光镜产生多个子像光束对，然后，该子像光束对被校准并且通过相位干涉片由透镜成像到检测器上。